(57)【要約】【課題】  熱間液体等方圧加圧の操業のサイクルを短縮できるような熱間液体等方圧加圧装置を提供する。【解決手段】  圧力容器５内にて処理物を液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する方法において、圧力容器５外にて、バスケット６に処理物と圧媒とを収納し、圧媒を予熱して液体にした後、バスケット６と共に処理物と液体圧媒を圧力容器５内に投入する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内にて処理物を高温の液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する方法において、前記圧力容器外にて、バスケット内の前記処理物と粒状固体の圧媒とを一緒に前記バスケットとともに全体を予熱して圧媒を液体化した後、予熱された高温の前記処理物と前記液体圧媒とを一緒に前記バスケットに入れたまま前記圧力容器外から前記圧力容器内に投入することを特徴とする熱間液体等方圧加圧方法。
【請求項２】
前記高温の液体圧媒は溶融塩であって、前記予熱前すなわち液体化前は、粒状固体の塩であることを特徴とする請求項１に記載の熱間液体等方圧加圧方法。
【請求項３】
圧力容器内にて処理物を液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する方法において、前記圧力容器外にて、収納容器に前記処理物と固体圧媒とを収納し、前記固体圧媒を予熱して液体にした後、該収納容器と共に処理物と液体圧媒を前記圧力容器内に投入することを特徴とする熱間液体等方圧加圧方法。
【請求項４】
圧力容器内にて処理物を高温の液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する装置において、前記圧力容器外にて予熱された高温の前記処理物と、同じく予熱された高温の前記液体圧媒とが前記圧力容器内に配置され、前記圧力容器内には、予熱された高温の前記処理物と、同じく予熱された高温の前記液体圧媒とを覆う断熱層を有する処理室が設けられていることを特徴とする熱間液体等方圧加圧装置。
【請求項５】
圧力容器内の処理室にて処理物を着脱自在の加圧ピストンにより液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する装置において、収納容器に前記処理物と固体圧媒とを収納して予熱して前記固体圧媒を液体化する予熱装置を前記圧力容器外に有し、前記処理室は前記収納容器を収納可能としていることを特徴とする熱間液体等方圧加圧装置。
【請求項６】
前記処理室には、前記収納容器を覆う処理室断熱層を有することを特徴とする請求項５記載の熱間液体等方圧加圧装置。
【請求項７】
前記処理室内において収納容器の周囲には、液体圧媒が充填されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の熱間液体等方圧加圧装置。
【請求項８】
前記収納容器には、連通穴を有する上部蓋が設けられていることを特徴とする請求項７記載の熱間液体等方圧加圧装置。
【請求項９】
処理物と液体圧媒とを有する収納容器が、前記加圧ピストンの下端に連結されることを特徴とする請求項７記載の熱間液体等方圧加圧装置。
【請求項１０】
前記収納容器に連通穴が設けられていることを特徴とする請求項９記載の熱間液体等方圧加圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧媒に高温の液体を用いた熱間液体等方圧加圧方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、合金鋳物等の処理物の鋳造欠陥除去等のためには、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）が有用であることが良く知られている。（「小泉光恵、西原正夫編著「等方加圧技術」日刊工業新聞社」昭和６３年４月１３日ｐ．１６７−１７４）
さらに、圧媒に高温液体（溶融塩等）を用いて、前記合金鋳物（処理物）の機械的性質を改善しながら、操業サイクルタイムの減縮により経費の削減をおこなった熱間液体等方圧加圧装置も知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
また、等方性の圧力を、第１・第２液圧伝達媒体（溶融塩等）を介して処理物に印加させる高温等方圧縮プロセスの報告がある。適切な温度に圧力容器内で加熱された溶融塩中に、予熱済みの溶融塩と処理物を収蔵した同じく予熱済み容器を納置するものである。（例えば、特許文献２参照。）
また、高圧容器（圧力容器）及び圧媒を所定の温度に加熱できる加熱装置を装備し、圧力容器に断熱筒が内装され、断熱筒下部にて外部の圧媒と連通している装置が報告されている。（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２６２２９５号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】特許第２７６１５７３号号公報（第７頁、第１図）
【特許文献３】実公平５−２２３９７号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の熱間液体等方圧加圧方法では、予熱された処理物は、熱間液体等方圧加圧装置の圧力容器内に投入されて、加圧処理されることとなる。その際、圧力容器内の高温の液体圧媒は、一般に溶融塩である。そして、圧力容器内の溶融前の粒状の塩を、ヒーター等により圧力容器等と共に加熱することにより、溶融した溶融塩としていた。
熱間液体等方圧加圧装置において、高い加圧に耐える厚い肉厚の圧力容器を塩と共に加熱することは、塩の加熱にとっても効率の良くないという欠点があった。さらに、ヒーター等により圧力容器を加熱することは、熱間液体等方圧加圧装置がヒーター設置分だけ大きくなる、あるいは内装された断熱筒を用いて圧媒を所定の温度にするためには前記「背景技術」の特許文献３に記載のような圧媒加熱装置が必要となる、といった欠点もある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、圧力容器を加熱する必要がない、また内装された圧媒加熱装置を要することのない、一層の操業サイクルタイムの減縮が図れる、熱間液体等方圧加圧装置を提供するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、圧力容器内にて処理物を高温の液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する方法において、圧力容器外にて、バスケット内の処理物と粒状固体の圧媒とを一緒に前記バスケットとともに全体を予熱して圧媒を液体化した後、予熱された高温の前記処理物と前記液体圧媒とを一緒に前記バスケットに入れたまま前記圧力容器外から前記圧力容器内に投入することを特徴とする。
また、熱間液体等方圧加圧する方法において、高温の液体圧媒を溶融塩とし、予熱前であって液体化前の圧媒は、溶融前の粒状の塩（固体）とすることを特徴とする。高温の液体圧媒である溶融塩は、合金鋳物等の処理物とは反応せず、むしろ処理物から錆・腐食の生じるのを防ぐ。しかも、高温の液体圧媒である溶融塩は、液体であるため、処理物を等方的に加圧するに相応しい。
【０００６】
圧力容器内にて処理物を液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する方法において、圧力容器外にて、収納容器に処理物と固体圧媒とを収納し、固体圧媒を予熱して液体にした後、収納容器と共に処理物と液体圧媒を圧力容器内に投入することを特徴とする。
また、圧力容器内にて処理物を高温の液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する装置において、圧力容器外にて予熱された高温の処理物と、同じく予熱された高温の液体圧媒とが圧力容器内に配置されることを特徴とする。
そして、圧力容器内には、予熱された高温の処理物と、同じく予熱された高温の液体圧媒とを覆う断熱層を有する処理室が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の技術的手段は、圧力容器内の処理室にて処理物を着脱自在の加圧ピストンにより液体圧媒を用いて熱間液体等方圧加圧する装置において、収納容器に前記処理物と固体圧媒とを収納して予熱して前記固体圧媒を液体化する予熱装置を前記圧力容器外に有し、前記処理室は前記収納容器を収納可能としていることを特徴とする。
そして、前記処理室には、前記収納容器を覆う処理室断熱層を有することを特徴とする。
また、本発明の技術的手段は、処理室内において収納容器の周囲には、液体圧媒が充填されていることを特徴とする。前記収納容器には、連通穴を有する上部蓋が設けられていることが好ましい。
【０００８】
処理物と液体圧媒とを有する収納容器が、前記加圧ピストンの下端に連結されることを特徴とする。前記収納容器に連通穴が設けられていることが好ましい。
なお、処理室内の液体圧媒は、収納容器中の液体圧媒の温度より低くても十分にその作用がある。もちろん、収納容器中の液体圧媒の温度より無理に低い温度に押さえる必要はなく、同程度の温度でも差し支えない。また、液体圧媒である溶融塩も同じ種類であってもかまわない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧力容器の外周に付設する加熱装置を無くすことにより、熱間液体等方圧加圧装置の小型化が図れ、熱間液体等方圧加圧の操業のサイクルを短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、従来の熱間液体等方圧加圧装置の模式図である。それは、加圧ピストン１にて、圧力容器５中の処理室４を加圧する。その際、処理室４には、処理物と圧媒が納置されている。この処理物と圧媒は、圧力容器の外周に付設された圧力容器ヒーター２により加熱される。（あわせて処理物と圧媒も加熱される。）そして、圧媒は液体となる。この液体は、例えば溶融塩である。また、圧力容器５の外面には、前記熱の放散を防止するために断熱層３が設けられている。
【００１１】
加圧ピストン１が処理室４を加圧すれば、液体圧媒を介して所望の等方圧縮圧力が処理物に印加されるものである。軽合金鋳物の凝固過程での析出物を溶解させるには、軽合金鋳物の溶体化熱処理温度で軽合金鋳物と圧媒とを加熱し、その温度で短時間の熱間液体等方圧加圧を行うのが相応しい。
図２（ａ）は、本発明に係る熱間液体等方圧加圧装置を模式的に示したものである。加圧ピストン１にて、圧力容器５中の処理室４を加圧する。その際、処理室４には、処理物と圧媒が納置されているのは、図１に示した一般的な従来の熱間液体等方圧加圧装置と同様である。本発明では、処理物と圧媒は、図２（ｂ）で模式的に示したように、予熱槽７を熱間液体等方圧加圧装置とは別に設けている。
【００１２】
この予熱槽７には、予熱槽ヒーター９が付設されている。この予熱槽７のなかには、耐熱性のバスケット６があって、その中に予熱すべき処理物と圧媒を入れて予熱槽７に付設された予熱槽ヒーター９で予熱する。
処理物は、アルミニュウム、及び鋳鉄の各鋳物を用いた。圧媒は、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、及び硝酸ナトリウムであって、その予熱温度は、２３０〜５９０℃である。もちろん、塩化バリウム等を使用して９８０〜１３７０℃の予熱温度を採用することも可能である。予熱前すなわち液体化前の圧媒は、溶融前の粒状固体の塩である。そして、予熱されて、液体化して溶融塩となっても、その溶融塩が漏洩することがないバスケット６を使用する。
【００１３】
予熱槽７で予熱された処理物と液体化した圧媒とを、バスケット６と共に熱間液体等方圧加圧装置に設けられた圧力容器５中の処理室４に納置する。納置されると加圧ピストン１が降下して、処理物は液体化した圧媒である溶融塩を介して等方的な加圧を受ける。加圧力は１００ＭＰａ、等方加圧保持時間は１〜１０分である。
図３は、本発明にかかる熱間液体等方圧加圧装置の第２実施形態を示しており、前記第１実施形態とは、圧力容器５中に設けられた処理室４には、予熱された処理物と液体化した圧媒とを覆う処理室断熱層８が設けられていることが異なっている。前記第２図（b）に示した予熱槽を熱間液体等方圧加圧装置とは別に設けていることは、前記第１実施形態と同様である。
【００１４】
予熱槽７で予熱された処理物と液体化した圧媒とを、バスケット６と共に圧力容器５中の処理室断熱層８が設けられた処理室４に納置する。予熱槽７で予熱された処理物と液体化した圧媒が、温度の低い圧力容器に接することにより、液体化した圧媒である溶融塩温度の低下を防ぐ効果が、この処理室断熱層８にある。溶融塩の大きな熱容量、比較的短い等方圧加圧保持時間、並びにこの処理室断熱層８の効果と相俟って、温度の低下なしでの等方圧加圧が行える。
圧力容器５外にて、バスケット内の処理物と圧媒とを一緒にバスケットとともに全体を予熱した後、予熱された高温の処理物と液体圧媒とを一緒にバスケットに入れたまま圧力容器外から圧力容器内に投入することによる効果は次のようである。すなわち、圧力容器の加熱装置（圧力容器ヒーター２）を無くすことができる効果がある。それに伴い、熱間液体等方圧加圧装置の小型化が図れる。
【００１５】
液体化した圧媒に溶融塩を使用する場合、予熱前すなわち溶融前は粒状固体の塩であり、従って、その粒状固体の塩を溶融するためには加熱装置が必要となる。熱間液体等方圧加圧装置での高圧・絶縁等の制約から圧力容器５内に加熱装置を入れることは非常に困難である。そのため、圧力容器５の外周から加熱することになる（図１）が、それでは肉厚の厚い圧力容器を加熱することとなり、全体の熱効率その他気密パッキング寿命にも悪影響を与えることとなる。
上記不具合を解決する方法として、圧力容器５の外周からではなく、圧力容器５外にて、バスケット６内の処理物と圧媒とを一緒にバスケット６とともに全体を予熱した後、予熱された高温の処理物と液体圧媒とを一緒にバスケット６に入れたまま圧力容器５外から圧力容器５内に投入する。処理物と圧媒である粒状固体の塩を圧力容器５外で加熱（予熱）するため、圧力容器５の外周での加熱装置は無くしたものである。
【００１６】
なお、予熱槽７の予熱槽ヒーター９は、薄い肉厚のバスケット６を加熱するため、小型でよいことになる。
図４は、本発明にかかる熱間液体等方圧加圧装置１０の他の実施形態を示している。熱間液体等方圧加圧装置１０は、上下に開口部１３が形成された筒状の圧力容器５を有する。圧力容器５の下部開口部１３は下蓋１４により閉じられ、上部開口部１３は、自己締付け型シール装置１５によって閉じられて、圧力容器５に設けられた処理室４の内部には、収納容器６１を収納可能としている。加圧クロスヘッド１６の上面に加圧装置（図示せず。）が設けられている。
【００１７】
加圧クロスヘッド１６は、上下方向に着脱自在に収納された加圧ピストン１、バネ機構１７、加圧ピストン保持筒１８を覆っている。加圧ピストン１は、フリーピストン型であって、加圧ピストン保持筒１８を介してバネ機構１７に連動している。そして、加圧ピストン１の下端にはヘッド１９を備えている。また、熱間液体等方圧加圧装置１０外に予熱装置ヒーター９１を備えた予熱装置７１（図４の上方に図示。）が設けられている。
なお、処理物１１、固体圧媒（溶融前の粒状固体の塩）１２２、液体圧媒１２１並びに加圧力等は、前記図２〜３に示す実施形態と同じ材質である。
【００１８】
図５（ａ）〜（ｄ）は、前記図４における加圧処理工程を順に示したものである。
すなわち、図５（ａ）は、熱間液体等方圧加圧装置１０外の予熱装置７１中の予熱装置ヒーター９１を用いて固体圧媒１２２入り収納容器６１並びに処理物１１を所定温度に加熱している状況である。処理物１１を収納容器６１に入れて圧媒１２並びに収納容器６１を加熱するのと同時に処理物１１を加熱しても良いし、また、固体圧媒１２２と処理物１１とを個別に加熱してもかまわない。
そして、この図５（ａ）の圧力容器５内の処理室４には、既に液体化された液体圧媒１２１が入っている。処理室４内の、既に液体化された液体圧媒１２１は、別途液体化されたものを、たとえば鍋状のものに移して注ぎ入れたものである。なお、収納容器６１を先に配置して、後から液体圧媒１２１を注いでもよい。後から注ぐ方が温度低下防止の観点からは望ましい。
【００１９】
なお、この液体圧媒１２１は、２００℃程度の溶融塩である。そして、予め処理室４の内部に注入されている液体圧媒１２１は、収納容器６１中の液体圧媒１２１の温度（前記図２における実施形態に記載）より低くても十分にその作用、たとえば加圧ピストン１の加圧力の伝播等がある。もちろん、収納容器６１中の液体圧媒１２１の温度より無理に低い温度に押さえる必要はなく、同程度の温度でも差し支えない。また、処理室４内と収納容器６１中の液体圧媒１２１である溶融塩（同じく図２における実施形態に記載）は同じ種類であっても別の種類であってもかまわない。
【００２０】
図５（ｂ）は、処理物１１の入った液体圧媒１２１入り収納容器６１が、処理室４内の既に液体化された液体圧媒１２１に周囲を囲まれて収納された図である。前記処理室４内に充填された液体圧媒１２１は、収納容器６１と圧力容器５の隙間の量と、処理物１１が加圧圧縮された結果である処理物１１の体積減少量との合計量に相当する量があればよい。この合計量は少量である。
なお、熱間等方圧加圧の操業のサイクルが短縮されることにより、前回操業の余熱（残熱）が処理室４内に残っており、かつ液体圧媒１２１の合計量が少量で十分なためもあって、その液体圧媒１２１の固体化の心配はない。すなわち、圧力容器５の外周等に加熱装置を付す必要は生じない。もっとも、寒冷地での操業開始時等には、たとえば、投込みヒーター等を処理室４内の低温の溶融塩中に投入して、低温の液体圧媒１２１に熱を与えて、液体圧媒１２１の固体化を防止することも有効である。
【００２１】
加圧ピストン１を取り外した圧力容器５であって、すでに液化されている液体圧媒１２１を満たした処理室４内に、処理物１１と液体圧媒１２１が入った収納容器６１を収納する。そして、取り外していた加圧ピストン１を圧力容器５に装着した後、加圧ピストン１を作動させて、処理物１１を熱間加圧処理する。
すなわち、バネ機構１７にて支えられたピストン保持筒１８を介して、加圧ピストン１による加圧力が、圧力容器５並びに処理室４内にかかり、所定の等方圧縮圧力が処理物１１に印加される。加圧ピストン１の先端のヘッド１９の降下が、図５（ｂ）〜図５（ｄ）の順に生じている。自己締付型シール装置１５におけるシール部材２０によって、加圧ピストン１の圧力容器５への加圧力並びに液体圧媒１２１の外部への漏洩・飛散が防止されている。
【００２２】
図６は、本発明の熱間液体等方圧加圧装置１０の他の実施形態における収納容器６１のみを示しており、収納容器６１以外は前記図４〜５に示す実施形態と同じである。すなわち、図６に示すように、収納容器６１の上部開放端に脱着可能な上部蓋２１を設けることにより、収納容器６１内の処理物１１の加圧用の圧媒である液体圧媒１２１と、処理室４内に存する液体圧媒１２１の流動混合が生じにくいようにしている。
収納容器６１の上部蓋２１には、小さな穴径を持つ連通穴２２が設けられている。この連通穴２２は、収納容器６１内の液体圧媒１２１と処理室４内の液体圧媒１２１の流動混合が起り難い程度に、連通穴２２の穴径は小さく保たれている。一方で、処理室４内の例えば相対的に低温の液体圧媒１２１に加えられた圧が、収納容器６１内の例えば高温の液体圧媒１２１を通じて処理物１１を等方圧に加圧することができるだけの大きさの連通穴２２の穴径は必要である。
【００２３】
もっとも、連通穴２２の小さい穴径のために、収納容器６１中の液体圧媒１２１と処理室４内の液体圧媒１２１の流動混合は起り難いので、処理室４内に存する低温の液体圧媒１２１による処理物１１加圧用の高温の液体圧媒１２１の温度低下も起こりにくく、結局、そのような場合でも、処理物１１の温度低下（変化）が低く押さえられ、そのため、加圧中等の処理物１１の品質の変動がない。前記温度低下（変化）が少ないことは、本実施形態にも使用している液体圧媒１２１である溶融塩自体の高い熱容量並びに高い粘性等の特性が寄与することになる。
【００２４】
図７は、本発明の熱間液体等方圧加圧装置１０の他の実施形態を示しており、前記図４〜６に示す実施形態の変形である。前記図６等の実施形態で示した収納容器６１を処理室４に収納するに際して、前もって着脱自在である加圧ピストン１の下端のヘッド１９に収納容器６１の脱着機構を設けている。
収納容器６１の上蓋２１に替えて、加圧ピストン１のヘッド１９を装着している。なお、加圧ピストン１の下端のヘッド１９に装着された収納容器６１には連通穴２２が設けられている。この連通穴２２の収納容器６１での位置は特定していない（図示せず。）。
【００２５】
加圧ピストン１の下端のヘッド１９をピストン保持筒１８を通じて圧力容器５に装着することは、収納容器６１が処理室４内の既に液体化された液体圧媒１２１に周囲を囲まれて収納されることになる。従って、この図７に示す実施形態では、処理物１１が処理室４内の低温の液体圧媒１２１に晒される時間が短いことになる。
また、加圧初期に収納容器６１内の例えば高温の液体圧媒１２１と処理室４内の例えば低温の液体圧媒１２１とが連通穴２２を通じて初めて結ばれるために、圧媒同志である高温の液体圧媒１２１と低温の液体圧媒１２１との流動混合が起り難い。
【００２６】
収納容器６１は処理室４内の加圧域最上部（すなわち、加圧ピストン１のヘッド１９下端）に常に収納・位置することとなり、そのため処理物１１は高温の液体圧媒１２１と低温の液体圧媒１２１とで生じる液体圧媒１２１の熱対流冷却を受けにくく、一定温度での熱間加圧処理がされた良好な品質の処理物１１を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、圧力容器５の外周での加熱が不要になり、その加熱時間が不要となるため、熱間液体等方圧加圧の操業のサイクルを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の熱間液体等方圧加圧装置の模式図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第１実施形態である熱間液体等方圧加圧装置、（ｂ）は、予熱槽の、各模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態の模式図である。
【図４】本発明の別の実施形態の図である。
【図５】図４に示す実施形態の加圧処理工程の図である。
【図６】本発明の別の実施形態の図である。
【図７】本発明の別の実施形態の図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      加圧ピストン
２      圧力容器ヒーター
３      断熱層
４      処理室
５      圧力容器
６      バスケット
６１    収納容器
７      予熱槽
７１    予熱装置
８      処理室断熱層
９      予熱槽ヒーター
９１    予熱装置ヒーター
１０    熱間液体等方圧加圧装置
１１    処理物
１２    圧媒
１２１  液体圧媒
１２２  固体圧媒
１５    自己締付け型シール装置
１９    ヘッド
２２    連通穴
【図１】
2005007474.tif 000003
【図２】
2005007474.tif 000004
【図３】
2005007474.tif 000005
【図４】
2005007474.tif 000006
【図５】
2005007474.tif 000007
【図６】
2005007474.tif 000008
【図７】
2005007474.tif 000009